Громоотвод что это такое. Громоотвод: принцип работы, виды и альтернативные технологии защиты от молний

alexxlabРазное
Что такое громоотвод и как он защищает от ударов молнии. Какие существуют виды громоотводов. Как работает классический «стержень Франклина». Какие современные альтернативы громоотводам разрабатывают ученые.

Что такое громоотвод и для чего он нужен

Громоотвод — это устройство, предназначенное для защиты зданий и сооружений от повреждений при ударе молнии. Его основная задача — перехватить разряд молнии и отвести его в землю по безопасному пути, минуя защищаемый объект.

Почему так важно защищаться от молний? Удар молнии может привести к катастрофическим последствиям:

  • Возгорание и пожар
  • Повреждение электрооборудования
  • Разрушение конструкций здания
  • Травмы и гибель людей

Громоотвод позволяет значительно снизить риск таких происшествий, обеспечивая безопасность людей и сохранность имущества.

Принцип работы классического громоотвода

Самый распространенный тип громоотвода — это так называемый «стержень Франклина». Как он работает?


Классический громоотвод состоит из следующих элементов:

  • Металлический стержень, устанавливаемый на самой высокой точке здания
  • Токоотводы — металлические проводники, соединяющие стержень с землей
  • Заземлитель — металлические электроды, закопанные в землю

При приближении грозового облака на конце стержня накапливается электрический заряд. Это создает сильное электрическое поле, которое «притягивает» молнию. Когда происходит удар, ток молнии по токоотводам уходит в землю через заземлитель.

Виды громоотводов

Помимо классического стержневого громоотвода существуют и другие виды:

Тросовые громоотводы

Представляют собой натянутые между мачтами металлические тросы. Используются для защиты протяженных объектов — линий электропередач, мостов и т.п.

Сетчатые громоотводы

Металлическая сетка, монтируемая на крыше здания. Обеспечивает более равномерную защиту всей площади крыши.

Активные громоотводы

Оснащены специальным устройством, создающим ионизацию воздуха вокруг наконечника. Это увеличивает вероятность удара молнии именно в громоотвод.


Ограничения классических громоотводов

При всей своей эффективности, традиционные громоотводы имеют ряд недостатков:

  • Ограниченный радиус защиты — обычно не более 10-20 метров
  • Сложность защиты больших площадей — требуется установка множества громоотводов
  • Стационарность — нельзя быстро переместить в другое место
  • Влияние на эстетический вид зданий

Эти ограничения стимулируют ученых искать альтернативные методы защиты от молний.

Лазерные технологии защиты от молний

Одно из самых перспективных направлений — использование мощных лазеров в качестве «виртуальных громоотводов». Как это работает?

Лазерный луч высокой мощности, направленный в небо, ионизирует воздух, создавая проводящий канал. Молния с большей вероятностью пройдет по этому каналу, чем ударит в защищаемый объект.

Преимущества лазерной технологии:

  • Больший радиус действия — до 500 метров
  • Мобильность — лазерную установку можно быстро перемещать
  • Возможность защиты больших площадей одной установкой

Эксперименты с лазерными громоотводами

Долгое время лазерные громоотводы оставались лишь теоретической концепцией. Но недавно группе европейских ученых удалось провести успешные испытания в реальных условиях. Где и как проходил эксперимент?


Летом 2021 года на горе Сентис в Швейцарских Альпах была установлена мощная лазерная система. Она располагалась рядом с 120-метровой радиобашней, в которую ежегодно ударяет до 400 молний.

Результаты эксперимента:

  • Лазер успешно отвел 4 восходящих грозовых разряда
  • Зафиксировано изменение траектории молнии на расстоянии более 50 метров
  • Подтверждено наличие сильных рентгеновских вспышек при наведении молнии

Эти результаты доказывают принципиальную возможность использования лазеров для защиты от молний в реальных условиях.

Перспективы применения лазерных громоотводов

Успешные испытания лазерной технологии открывают новые возможности для молниезащиты. Где эта технология может найти применение в будущем?

  • Аэропорты — защита взлетно-посадочных полос и терминалов
  • Космодромы — обеспечение безопасности при запуске ракет
  • Электростанции — предотвращение аварий на энергообъектах
  • Нефтехранилища — снижение риска пожаров от ударов молний
  • Стадионы — защита зрителей во время массовых мероприятий

Однако для широкого внедрения технологии потребуются дальнейшие исследования и разработки. Необходимо увеличить радиус действия, повысить надежность и снизить стоимость лазерных систем.


Другие перспективные технологии молниезащиты

Помимо лазерных систем, ученые работают и над другими инновационными методами защиты от молний. Какие еще технологии могут появиться в будущем?

Графеновые громоотводы

Графен — сверхтонкий и сверхпрочный материал с отличной электропроводностью. Теоретически, графеновые стержни могли бы стать более эффективными громоотводами, чем металлические. Однако технология пока находится на ранней стадии разработки.

Плазменные громоотводы

Идея заключается в создании канала ионизированного газа (плазмы) с помощью мощных радиоволн. Такой канал, как и лазерный луч, мог бы направлять молнии в безопасное место. Технология требует дальнейших исследований.

Акустические системы

Некоторые ученые предполагают, что мощные звуковые волны определенной частоты могут влиять на формирование молний. Эта гипотеза пока не получила экспериментального подтверждения.


новый лазерный громоотвод испытан в Альпах

19 января 2023 08:57 Ольга Мурая

Луч лазерного громоотвода, направленный в небо над вершиной горы Сентис.
Фото Martin Stollberg/ UNIGE.

Молниеотвод на деревянной церкви.
Фото с сайта Галенит Строй.

Фото двух случаев «захвата» молнии лазером.

Фото Martin Stollberg/ UNIGE.

Группа европейских исследователей испытала в реальных условиях систему, которую разрабатывала больше 10 лет.

Для перенаправления ударов молнии в безопасное место люди используют громоотводы.

Привычный всем громоотвод — это металлический штырь, который во время грозы накапливает заряд на своём конце и таким образом притягивает удар молнии.

Последний представляет собой электрический разряд. Вкратце напомним, что молнии «простреливают», когда накопленные объектами на поверхности планеты и атмосферными объектами заряды становятся слишком большими. Когда система выходит из равновесия, происходит электрический разряд – заряженные частицы протекают по проводящему ток «стволу» молнии.

В случае классического громоотвода он является конечной точкой удара молнии, перенаправляя разряд на заземлитель.

Но радиус действия громоотвода более чем скромный — громоотвод длиной 10 метров может защитить территорию радиусом примерно в 10 метров. Обычно он предназначен для защиты какого-то конкретного участка поверхности планеты, от которого он и «отвлекает внимание» молний.

Молниеотвод на деревянной церкви.

Фото с сайта Галенит Строй.

Соответственно, обычный громоотвод не подходит для защиты таких больших зданий, как, скажем, аэропорт или электростанция. Для них требуются невероятно большие громоотводы или же группа громоотводов.

Но теперь учёные испытали в полевых условиях гораздо более совершенное устройство. Они продемонстрировали, что мощный луч лазера, направленный в грозовое облако, отклоняет разряды молнии.

Эта разработка может привести к созданию лазерных молниеотводов, которые будут защищать обширные области от разрушений, связанных с ударами молний.

Молния — одно из самых «энергичных» природных явлений. Этот электрический разряд снимает напряжение в миллионы вольт да ещё и за доли секунды. Невероятно высокая сила тока в искровом разряде порождает ударную волну (гром) и ярчайшую вспышку света.

Молния, попадающая в объекты на земле, может вызвать возгорание и повредить электрическое оборудование. А ударная волна от электрического разряда, сравнимого с мощным взрывом, может породить разрушения и травмировать людей, даже если молния не попала в них непосредственно.

Не говоря о том, что прямое попадание молнии в человека обычно заканчивается его смертью. Потому инженеры постоянно разрабатывают новые способы уменьшить столь серьёзную угрозу.

Принцип работы нового устройства соавтор исследования Жан-Пьер Вольф объясняет так: «Когда в атмосферу излучаются лазерные импульсы очень высокой мощности, внутри луча образуются нити очень интенсивного света. Эти нити ионизируют молекулы азота и кислорода в воздухе, которые затем высвобождают свободные электроны для движения. Этот ионизированный воздух, называемый «плазмой», становится электрическим проводником».

Так как создаваемый канал хорошо проводит ток, то разряд с радостью идёт по этому пути наименьшего сопротивления. Таким образом учёные получают возможность контролировать удары молний.

Изначально исследовательская группа предложила и даже реализовала в лабораторных условиях эту идею уже довольно давно.

Но в реальных условиях работа лазерного громоотвода была продемонстрирована впервые.

Устройство было установлено на вершине Сентис в швейцарских Альпах, рядом с радиобашней высотой 120 метров, которая к тому же расположена на высоте 2500 метров над уровнем моря. Такой «громоотвод» ежегодно привлекает от 100 до 400 ударов молнии. Идеальное место для тестирования новой технологии в реальных условиях.

В период с июня по сентябрь 2021 года команда использовала свою лазерную систему во время гроз, которые в эти месяцы бушуют в данном регионе.

Лазер был направлен в небо рядом с вершиной башни, чтобы «притягивать» молнию к лучу до того, как она достигнет обычного громоотвода, установленного на башне. В течение того лета, когда был включён лазер, лишь четыре удара молнии попали в башню. Как и ожидалось, именно он принял на себя все остальные удары.

Фото двух случаев «захвата» молнии лазером.

Фото Martin Stollberg/ UNIGE.

По словам учёных, радиус защищённой от молний поверхности достиг 180 метров.

Конечной целью проекта является расширение этого «радиуса безопасности» вокруг стандартного 10-метрового громоотвода на вершине горы до 500 метров.

Добавим, что доставить лазерный громоотвод на гору представляло собой отдельную техническую трудность. Установка весит 29 тонн, 18 из которых приходилось на бетонные блоки. Они защищали установку от ураганных ветров скоростью почти 200 км/ч.

«В противном случае вся эта конструкция могла быть сдвинута с места, а то и вовсе улетела бы», – рассказывает Вольф.

Учёным понадобилось две недели, чтобы собрать массивную структуру. Также они организовали пятикилометровую бесполётную зону вокруг работающего лазера. Для самолётов установка опасности не представляет, но лазерный луч может повредить зрение человека, если посмотреть на источник излучения.

Ранее мы рассказывали о том, что эту задачу могли бы ещё лучше выполнять графеновые лучи, но для этого потребуются более сложные установки.

Больше новостей из мира науки и технологий вы найдёте в разделе «Научпоп» на медиаплатформе «Смотрим».

наука безопасность защита гора лазер молнии Альпы общество новости

Мощный лазер «отпугивает» молнии и работает как громоотвод

Поиск по сайту

Наука 17 января 2023

Далее

Анастасия Никифорова Новостной редактор

Анастасия Никифорова Новостной редактор

Ученые доказали, что для отвода молнии можно использовать мощные лазеры подобно обычным «стержням Франклина». «Хайтек» ознакомился с результатами исследования.

Читайте «Хайтек» в

Согласно отчету, опубликованному в журнале Nature Photonics, лазер высокой интенсивности, направленный в небо, работает как громоотвод. Новое исследование улучшит стратегии молниезащиты жизненно важной инфраструктуры — электростанций, аэропортов и стартовых площадок для космических миссий.

Самый известный тип громоотвода на сегодняшний день — «стержень Франклина». Это проводящая электричество металлическая мачта, которая перехватывает разряды молнии и безопасно направляет их на землю. Такие громоотводы также относятся к типу «стержень и катушка». Они работают, притягивая и проводя электрические заряды от грозы на землю. Их размещают на вершине здания или другой конструкции и оснащают проводами, которые соединяют стержень и систему заземления.

Когда приближается гроза, электрические заряды грозовых облаков притягиваются к остроконечному стержню, который действует как проводник. Затем они безопасно передаются по проводу на землю, что снижает риск повреждения от удара молнии.

Использование лазеров в качестве громоотводов является теоретической концепцией, которая все еще исследуется. Идея состоит в том, что мощный лазерный луч может быть направлен в атмосферу, чтобы ионизировать путь, по которому должна следовать молния, фактически «направляя» молнию в определенное место, где ее можно безопасно заземлить. Концепция основана на принципах лазерного пробоя, когда лазерный луч высокой интенсивности создает плазменный канал в газе, который затем проводит электричество.

До этого момента интенсивные лазерные импульсы использовали для направления ударов молнии в лабораторных условиях. В рамках нового исследования ученые провели эксперименты на северо-востоке Швейцарии. Они использовали огромный лазер, который производит до 1 000 импульсов в секунду. Его разместили рядом с вышкой связи; 100 раз в год в нее ударяет молния.

За шесть часов работы во время грозовой активности лазер изменил траекторию четырех восходящих грозовых разрядов. Высокочастотные электромагнитные волны, создаваемые ударами молнии, ученые использовали для точного определения ударов, чтобы подтвердить наблюдения.

Обнаружение сильных рентгеновских вспышек во время ударов также подтвердило успешное наведение молнии. Высокоскоростные камеры зафиксировали один из ударов, который, как позже выяснилось, следовал по пути лазера на протяжении более 50 м.

Читать далее:

Сильнейшая вспышка класса X произошла на Солнце

Посмотрите на последствия столкновения в 1181 году двух звезд

Блазар, который нашли 20 лет назад, оказался экстремальным объектом

Фото на обложке: Nature Photonic

Читать ещё

Поздравляем, вы оформили подписку на дайджест Хайтека! Проверьте вашу почту

Спасибо, Ваше сообщение успешно отправлено.

определение громоотвода | Кембриджский словарь английского языка

Как произносится громоотвод ?